聚氨酯（Polyurethane, PU）是一类主链上含有氨基甲酸酯键（-NHCOO-）的高分子材料。通过调整多元醇与多异氰酸酯的结构、比例及添加剂，可制得泡沫、弹性体、涂料、胶粘剂等多种形态产品。

核心反应

聚氨酯的基本合成反应是羟基（-OH）与异氰酸酯基（-NCO） 的加成聚合，不生成小分子副产物：

R–NCO + R'–OH → R–NHCOO–R'

此外，水与异氰酸酯反应生成CO₂气体，常用于发泡工艺；胺类扩链剂能快速交联，调节硬段含量。

主要原料

• 多异氰酸酯：常见的如TDI（甲苯二异氰酸酯）、MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）、HDI（六亚甲基二异氰酸酯）。

• 多元醇：聚醚多元醇（PPG）或聚酯多元醇，分子量通常在1000~6000，官能度2~3。

• 助剂：催化剂（叔胺、有机锡）、发泡剂（水、物理发泡剂）、表面活性剂、交联剂等。

典型合成流程图

以下为制备普通软质聚氨酯泡沫的预聚体法工艺流程：

聚氨酯具有微相分离的独特结构：

• 软段：长链多元醇，提供柔韧性、弹性；

• 硬段：异氰酸酯与扩链剂形成的脲键或氨基甲酸酯，提供强度、硬度。

通过调整软硬段比例，可造出从软质泡沫（沙发垫）到硬质泡沫（保温板）、从弹性体（轮子）到涂料（木器漆）的全系列材料。

关键控制点

1. 水分控制：多元醇及助剂中水份必须低于0.05%，否则产生脲键并放出CO₂（影响密度与泡孔）。

2. NCO/OH指数：通常为0.95~1.15。指数<1时制品弹性好；指数>1时交联密度高，硬度提高。

3. 催化剂选择：胺类促进发泡反应（水-NCO），锡类促进凝胶反应（OH-NCO），需平衡匹配。

安全与环保

• 异氰酸酯具有一定毒性及致敏性，操作需严格通风并佩戴防护装备。

• 近年水性聚氨酯、无溶剂聚氨酯及生物基多元醇成为绿色发展方向，以减少VOC排放。

聚氨酯合成工艺灵活，通过分子设计可以覆盖从软橡胶到硬塑料的广阔性能区间，是现代高分子工业中品种最多、用途最广的材料之一。